D'fhorbair innealtóirí in Ollscoil California San Diego cadhnraí litiam-ian a fheidhmíonn go maith ag fuar agus ag scoráil teochtaí te, agus iad ag pacáil go leor fuinnimh.Bhain na taighdeoirí an éacht seo amach trí leictrilít a fhorbairt atá ní hamháin ilúsáideach agus láidir ar fud raon teochta leathan, ach atá comhoiriúnach freisin le anóid agus catóide ardfhuinnimh.
Na cadhnraí teocht-athléimneachDéantar cur síos orthu i bpáipéar a foilsíodh an tseachtain 4 Iúil in Imeachtaí Acadamh Náisiúnta na nEolaíochtaí (PNAS).
D'fhéadfadh cadhnraí den sórt sin ligean d'fheithiclí leictreacha in aeráidí fuara taisteal níos faide ar aon mhuirear;d'fhéadfadh siad freisin an gá atá le córais fuaraithe a laghdú chun pacáistí ceallraí na bhfeithiclí a choinneáil ó róthéamh in aeráidí te, a dúirt Zheng Chen, ollamh nana-innealtóireacht ag Scoil Innealtóireachta UC San Diego Jacobs agus údar sinsearach an staidéir.
“Tá oibríocht ardteochta ag teastáil uait i gceantair inar féidir leis an teocht chomhthimpeallach na trí dhigit a shroicheadh agus éiríonn na bóithre níos teo fós.I bhfeithiclí leictreacha, is gnách go mbíonn na pacáistí ceallraí faoin urlár, gar do na bóithre te seo,” a mhínigh Chen, atá ina bhall dáimhe freisin d’Ionad Cumhachta agus Fuinnimh Inbhuanaithe UC San Diego.“Chomh maith leis sin, téamh cadhnraí suas díreach tar éis sruth a bheith acu le linn oibríochta.Mura féidir leis na cadhnraí an téamh seo a fhulaingt ag teocht ard, díghrádóidh a bhfeidhmíocht go tapa."
I dtástálacha, choinnigh na cadhnraí cruthúnas coincheapa 87.5% agus 115.9% dá gcumas fuinnimh ag -40 agus 50 C (-40 agus 122 F), faoi seach.Bhí ard-éifeachtúlachtaí Coulombic acu freisin de 98.2% agus 98.7% ag na teochtaí seo, faoi seach, rud a chiallaíonn gur féidir leis na cadhnraí dul faoi níos mó timthriallta muirir agus urscaoilte sula stopann siad ag obair.
Tá na cadhnraí a d'fhorbair Chen agus a chomhghleacaithe araon fuar-fhulangach agus teas-fhulangach a bhuíochas dá n-leictreailít.Tá sé déanta de thuaslagán leachtach éitear dibutyl measctha le salann litiam.Gné speisialta faoi éitear débhúitile ná go gceanglaíonn a mhóilíní go lag le hiain litiam.I bhfocail eile, is féidir leis na móilíní leictrilít iain litiam a ligean go héasca de réir mar a ritheann an ceallraí.Feabhsaíonn an idirghníomhaíocht mhóilíneach lag seo, a d'aimsigh na taighdeoirí i staidéar roimhe seo, feidhmíocht ceallraí ag teochtaí fo-nialas.Ina theannta sin, is féidir éitear dibutyl a ghlacadh go héasca ar an teas toisc go bhfanann sé leacht ag teochtaí arda (tá fiuchphointe aige de 141 C, nó 286 F).
Ceimiceáin litiam-sulfair a chobhsú
Is é an rud atá speisialta freisin faoin leictrilít seo ná go bhfuil sé ag luí le ceallraí litiam-sulfair, is cineál ceallraí rechargeable é a bhfuil anóid déanta as miotail litiam agus catóide déanta as sulfair.Is cuid riachtanach de theicneolaíochtaí ceallraí an chéad ghlúin eile iad cadhnraí litiam-sulfair toisc go ngeallann siad dlúis fuinnimh níos airde agus costais níos ísle.Féadfaidh siad suas le dhá oiread níos mó fuinnimh in aghaidh an chileagraim a stóráil ná cadhnraí litiam-ian an lae inniu - d'fhéadfadh sé seo raon na bhfeithiclí leictreacha a dhúbailt gan aon mhéadú ar mheáchan an phacáiste ceallraí.Chomh maith leis sin, tá sulfair níos flúirseach agus níos lú fadhbanna le foinse ná an cóbalt a úsáidtear i catóidí ceallraí litiam-ian traidisiúnta.
Ach tá fadhbanna le cadhnraí litiam-sulfair.Tá an chatóid agus anóid araon sár-imoibríoch.Tá catóidí sulfair chomh imoibríoch go dtuaslagann siad le linn oibriú ceallraí.Éiríonn an cheist seo níos measa ag teochtaí arda.Agus tá seans ag anóidí miotail litiam struchtúir cosúil le snáthaidí a fhoirmiú ar a dtugtar dendrites ar féidir leo codanna den cheallraí a tholladh, rud a fhágann go bhfuil sé gearrchiorcad.Mar thoradh air sin, ní mhaireann cadhnraí litiam-sulfair ach suas le deich timthriallta.
“Más mian leat ceallraí le dlús ardfhuinnimh, de ghnáth ní mór duit ceimic an-dian, casta a úsáid,” a dúirt Chen.“Ciallaíonn ardfhuinneamh tá níos mó imoibrithe ag tarlú, rud a chiallaíonn níos lú cobhsaíochta, níos mó díghrádaithe.Is tasc deacair é féin ceallraí ardfhuinnimh atá cobhsaí a dhéanamh - tá sé níos dúshlánaí fós é seo a dhéanamh trí raon teochta leathan.”
Coscann an electrolyte éitear dibutyl a d'fhorbair foireann UC San Diego na saincheisteanna seo, fiú ag teocht ard agus íseal.Bhí saol rothaíochta i bhfad níos faide ag na cadhnraí a ndearna siad tástáil orthu ná mar a bhí ag ceallraí litiam-sulfair tipiciúil.“Cuidíonn ár n-leictrealaíoch chun an taobh catóide agus an taobh anóid araon a fheabhsú agus seoltacht ard agus cobhsaíocht idir-éadan a sholáthar,” a dúirt Chen.
Rinne an fhoireann innealtóireacht freisin ar an gcatóid sulfair le bheith níos cobhsaí trína ghreamú go polaiméir.Coscann sé seo níos mó sulfair ó thuaslagadh isteach sa leictrilít.
I measc na gcéad chéimeanna eile tá méadú ar cheimic na ceallraí, é a bharrfheabhsú chun oibriú ag teochtaí níos airde fós agus an saolré timthriall a leathnú tuilleadh.
Páipéar: "Critéir roghnúcháin tuaslagóirí le haghaidh cadhnraí litiam-sulfair atá athléimneach ó thaobh teochta."I measc na gcomh-údair tá Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal agus Ping Liu, go léir ag UC San Diego.
Tacaíodh leis an obair seo trí dheontas Dáimhe Luathghairme ó Chlár Deontas Taighde um Theicneolaíocht Spáis NASA (ECF 80NSSC18K1512), an Fhondúireacht Eolaíochta Náisiúnta trí Lárionad Eolaíochta agus Innealtóireachta Taighde Ábhair UC San Diego (MRSEC, deontas DMR-2011924), agus Oifig na Teicneolaíochtaí Feithicle de chuid Roinn Fuinnimh na SA tríd an Ardchlár Taighde ar Ábhair Battery (Cuibhreannas Battery500, conradh DE-EE0007764).Rinneadh an obair seo go páirteach ag Bonneagar Nanaitheicneolaíochta San Diego (SDNI) ag UC San Diego, ball den Bhonneagar Comhordaithe Nanaitheicneolaíochta Náisiúnta, a fhaigheann tacaíocht ón bhForas Náisiúnta Eolaíochta (deontas ECCS-1542148).
Am postála: Lúnasa-10-2022